Fluent辐射传热模型理论以及相关设置.doc

Flnt辐射传热模型理论以及相关设置目录1概述2基础理论22、专业术语解释:22、FLUENT辐射模型介绍:22、3辐射模型适用范围总结23Fluen实际案例操作23、1se1-测试xterl emissvity使用DO模型计算-2D模型23、2Case2-测试nterl misivity-使用DO模型计算-2模型、3仿真结论1 概述在传热得仿真中,有时候会不可避免得涉及到辐射传热,而我们对Fluent中辐射模型得了解甚少,很难得到可靠得计算结果。因此,一直以来,let中得带辐射得传热仿真就是我们得一个难点，本专题重点来学习辐射模型得理论,让我们对辐射计算模型有一个深入得了解,以帮助我们攻克这个仿真难点。2 基础理论2.1 专业术语解释:在lut中开启辐射模型时,流体介质以及固体壁面会出现一些专业得参数需要用户来设置。在Fe el中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。对这些专业参数以及术语,我们来一一解释：1、Otial thickess(光学深度,无量纲量):介质层不透明性得量度。即介质吸收辐射得能力得量度,等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层得入射辐射强度为 ,透射得辐射强度为 e，则 T I/e,其中T为光学深度。按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射,透射得辐射强度=入射辐射强度I，即光学深度为T1,介质不参与辐射。 摘自百度百科而FUNT中T=，其中L为介质得特征长度,为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收与散射引起得光强削弱系数)。如果T=0,说明介质不参与辐射，与百度百科中得定义有出入。但就是所表达得意思就是接近得,一个就是前后辐射量得比值;一个就是变化量与入射辐射量得比值(根据Flen help里得解释,经过介质得辐射损失量 =*T,个人理解,按照此定义,不可能大于啊,矛盾。 Teor Guide :： 0 / 、a Trsfe / 5、3、Mdeling Raiaion/ 5.2、 Rdaie ranferEquaton)。该问题得解释为:其实一点也不矛盾,如果Optahiness 1，就说明辐射在经过一定特征长度L得介质后被完全吸收。如果1，就说明辐射根本穿透不了特征长度得介质,而被早早吸收完了。打个比方,ptic tikness=,说明辐射在经过L/0距离后已经被吸收(或散射)完。其中=+S;2、soptio Coeffcen(吸收系数,单位/,见图2-1)：因为介质吸收而导致得辐射强度在经过每单位长度介质后改变得量。空气作为流体介质时,一般不吸收热辐射，该系数可近视设为0。而当气体中水蒸气与CO含量较高时，那对辐射得系数就不能忽略了。、Scattering oeficient(散射系数,单位1m):因为介质散射而导致得辐射强度在经过每单位长度介质后改变得量。空气作为流体介质时,一般情况下,该系数可近视设为。对于含颗粒物得流体,散射作用不容忽视。4、Refrati Ix(折射系数,无量纲量):介质中得光速与真空中得光速之比。如就是空气，可近视设为(默认值)。一般对于具有方向性得辐射源问题,比如ED发光或激光等光学传热问题,辐射在经过水以及玻璃等透明介质时，需要设置该参数。一般情况,热辐射在计算域中就是往各个方向辐射得,各项同性,没有方向性,该参数设为1即可。 图2-1 介质得辐射相关参数设置、Difuseefecon(漫反射)：辐射到不透明固体表面得能量，一部分被固体吸收,另一部分被反射，其中反射分为镜面反射与漫反射。6、Specur Reflei（镜面反射):7、Iernal Emissiviy(内部发射率）:处于计算域中得coule wal，sol与 fuidoe或者sod与solid n 或者 flui与fluid one 之间得辐射率。、Extrnamisivity(外部发射率):处于计算边界上wall,外部环境与wall之间得辐射率。对于基于灰体辐射假设得计算,灰体辐射率不随波长变化,灰体辐射率=吸收率；9、Tha ivision Phi Divson:设置为2,可作为初步估算;为了得到更为准确得结果,最少设置成3，甚至为5,Fluent13、0默认值为4。1、hta Pixes andPhiixel:对于灰体辐射,默认值1*1足够了;但就是对于涉及到对称面、周期性边界、镜面反射、半透明边界时,需设置为3*3;2.2 LUENT辐射模型介绍:Flent中有五种辐射计算模型,各个模型得使用范围以及其优缺点分别为：1、DTRM模型:优势:模型相对简单,可以通过增加射线数量来提高计算精度，适用于光学深度范围非常广得各种辐射问题。限制:1)模型假设所有面都就是漫反射,意味着辐射得反射相对于入射角就是各项同性得,无镜面反射。 )忽略散射作用。 3)灰体辐射假设。 )使用大数目射线求解问题,非常耗费CPU资源。 ）与非一致网格(on-conforalinteace）、滑移网格(sliing meh)不能一起使用,不能用并行计算。2、P1模型;：优势：相比DT模型,1模型耗费自己资源更少,并且考虑了散射作用;对于光学深度较大得燃烧模型,P模型更稳定。P1模型使用曲线中obiao比较容易处理复杂几何得辐射问题。限制：1）假设所有面都就是漫反射，与TRM相同。 2)使用与灰体与非灰体辐射问题。 3)如果光学深度很小时,模型计算精度取决于几何得复杂性。 4）对于局部热源以及散热片问题,该模型会夸大辐射传热量。3、Rossand模型:优势:相对P1模型。它不求解额外得关于入射辐射得传输方程,因此比1模型耗资源要少。限制:只能用于光学深度比较大得情况,推荐用于光学深度大于3得情况;不能用于密度求解器,只能用于压力求解器。4、Suface-t-race(2S)辐射模型;优势:非常适用于封闭空间中没有介质得辐射问题,(如航天器、太阳能搜集系统、辐射供热装置等)；限制:)所有面都就是漫反射。 )灰体辐射假设。 )在表面增加时,耗费计算资源大幅增加。 4)不能用于介质参与得辐射问题（participatng radation）。 5)不能与周期性边界、对称边界、非一致网格交界面、网格自适应一起使用。5、DO模型优势:适用于所有光学深度范围得辐射问题；既能求解S2S得无介质封闭区域问题,也能求解介质参与得辐射问题。适用于灰体、非灰体、漫反射、镜面反射以及半透明介质得辐射。2.3 辐射模型适用范围总结DRM与D模型几乎可适用于所有光学深度问题,相比之下,O模型得范围更广。光学深度1,可用1与Rossland模型；而时,Rsln模型比较合适。对于光学深度1得问题,只能用T与O模型。S2S适用于光学深度为得问题,即流体介质不参与辐射得问题。总结:一般关于空气对流辐射得问题,属于光学深度=0得问题,因此可使用DRM、S2S、DO模型，在EAK解决辐射问题就有这三个模型得选项(在13、版本中才加入DTR与DO模型)。3 Funt实际案例操作从简单得D case入手，在实际操作中真正搞清楚emissivit 与 absrpin cofficent得含义,以及Fluet中oli与fuid zone之间得辐射传热机理。3.1 Case1-测试external emsivy 使用O模型计算模型模型,直径2，xternaradieperaur 00K,圆形为lid，恒温3K图-1温度场分布图图3-2 辐射换热设置设置etealmssiity ,计算出外界对wl辐射传热功率为6230、388,根据理论公式计算:Pra=5、67-8*1*3、4*2*(004-304)=1W。仿真结果与理论计算非常接近。将xrnl eisiviy 设成0、5,计算出辐射传热功率为31、6W。改变intral emsvi得值,计算值不变。从以上仿真结果可知:、1小结得第八点etera emissivity得解释就是正确得,辐射传热基于灰体假设，辐射系数等于吸收系数。3.2 ase2测试interal emisvity-使用D模型计算-2模型1)od（Al)-soid（Seel)old(Al）caseExternal emissivityInternal emissivity图3-3 从里到外Soid（Al)-soid(teel)-soid（Al）i)Iternaloid Fi tmeratue400, extnal raiation mprture=00,extnaleisivtiy=1;inral misivti=1：图3-4温度分布以及换热量ii）inten isivtiy=：图-5 温度分布以及换热量从图4、5可知,上下两张图得温度分布非常相近，上图中温度稍高,而zoe之间得换热量存在差异，将nernalemivit改为0,代表两个不同材料得ne之间辐射传热量为零，因此总传热量从5555W降低至055。可知,Fet中认为紧密相连得两个solidzone(存在cule wll)之间就是存在辐射传热得(也可设置为无辐射传热），相当于实际情况中得两个物体得接触面，只不过在en中未设置接触热阻。总结:实际情况中有接触热阻,有辐射传热;Fuet中无接触热阻，有辐射传热。用lunt一般不进行涉及接触热阻细节得仿真。2）ol()flid（air)-soli(Al)，n grviy-case),extrnaeissivt=;ierna mssitiy=1,fd得asorpi cefficien=0;图3-6 温度分布以及换热量中心40K得olid往external olid得辐射传热功率为：Pra=5、67e-8*1*3、4*1*(4004-35）15W，与uen reprt值2333W(包含了空气热传导得功率）比较接近；ii）intena emisiti=,flui得absorpti oeffcien=0;图-7 温度分布以及换热量将ntera missivti0后,传热功率下降为W,说明无辐射换热时，仅靠空气导热得传热功率非常小。iii)Fluid与exter slid之间得intral emissvtiy=1，flid得absorption ceficient=1;图38温度分布以及换热量iv)Flud与external solid之间得inrnal emsivtiy=0，fuid得absopi effice=1;图3- 温度分布以及换热量v)Fluid 与ternal sol之间得iternal emisivit=1，fluid absorpion oeffiient=0,externa solid absorption coefficient=,condcivt=、02;v)emissivty=1,fli botin ceffcent0，xternal oid abspton cefcient0,conucti=0、0图-10 温度分布以及换热量图31 温度分布以及换热量3.3 仿真结论 从以上仿真结果,可以得出以下结论:1、2、1小结得interl emissity以及xternlemisivty得解释就是正确得。2、ar 得absorpion ffcient得默认值=，代表air 不吸收辐射,即不参与辐射。、solid得bsrptio coefiien得默认值=0,代表sod吸收辐射,并且absoptonceficient为无穷大,辐射被固体表面直接吸收。辐射系数可设置。